[發(fā)明專利]具有單驅(qū)動(dòng)模式的多感測(cè)軸MEMS陀螺儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410448939.4
• 申請(qǐng)日: 2014-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN104422435B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈可淼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 恩智浦美國(guó)有限公司
• 主分類號(hào): G01C19/5712
• 分類號(hào): G01C19/5712
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 陳依虹;劉光明

本發(fā)明涉及具有單驅(qū)動(dòng)模式的多感測(cè)軸MEMS陀螺儀。陀螺儀包括沿著第一軸被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入第一驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)塊，所述第一驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)于陀螺儀的旋轉(zhuǎn)而生成了第一感測(cè)塊的第一感測(cè)運(yùn)動(dòng)。所述陀螺儀還包括沿著橫向于所述第一軸的第二軸被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入第二驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)塊。所述第二驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)于陀螺儀的旋轉(zhuǎn)而生成了第二感測(cè)塊的第二感測(cè)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)彈簧系統(tǒng)將所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)塊互連以耦合第一驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和第二驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，使得可以實(shí)現(xiàn)單驅(qū)動(dòng)模式。每個(gè)感測(cè)塊的感測(cè)運(yùn)動(dòng)沿著第三軸，其中所述第三軸橫向于其它軸。所述感測(cè)運(yùn)動(dòng)是平移運(yùn)動(dòng)，使得所述感測(cè)塊保持平行于所述襯底的所述表面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件。更具體地說，本發(fā)明涉及使用單驅(qū)動(dòng)模式致動(dòng)的多感測(cè)軸MEMS陀螺儀。

背景技術(shù)

近年來，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)已經(jīng)取得了廣泛的關(guān)注，因?yàn)樗峁┝酥谱鞣浅Ｐ〉臋C(jī)械結(jié)構(gòu)的方法并且使用常規(guī)的批量半導(dǎo)體加工技術(shù)在單一襯底上將這些結(jié)構(gòu)與電器件進(jìn)行整合。MEMS的常見的應(yīng)用是傳感器器件的設(shè)計(jì)和制作。MEMS傳感器器件被廣泛用于諸如汽車、慣性制導(dǎo)系統(tǒng)、家用電器、游戲器件、各種器件的保護(hù)系統(tǒng)、以及許多其它的工業(yè)、科學(xué)、以及工程系統(tǒng)的應(yīng)用中。MEMS傳感器的一個(gè)例子是MEMS陀螺儀，也被稱為角速率傳感器。陀螺儀感測(cè)了繞一個(gè)或多個(gè)軸的角速度或角速率。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)通過參閱詳細(xì)說明書以及權(quán)利要求書，可以對(duì)本發(fā)明有比較完整的理解。其中在附圖中，類似的參考符號(hào)表示相同的元件，附圖不一定按比例繪制，以及：

圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的多感測(cè)軸微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)陀螺儀的頂視圖；

圖2示出了在MEMS陀螺儀中實(shí)現(xiàn)的梁彈簧的立體圖；

圖3示出了包括梁彈簧的MEMS陀螺儀的局部立體圖；

圖4示出了例證該器件的驅(qū)動(dòng)模式的MEMS陀螺儀的頂視圖；

圖5示出了穿過圖4的截面線5-5演示滾動(dòng)感測(cè)的MEMS陀螺儀的簡(jiǎn)化側(cè)視圖；

圖6示出了穿過圖4的截面線6-6演示俯仰(pitch)感測(cè)的MEMS陀螺儀的簡(jiǎn)化側(cè)視圖；

圖7示出了演示首搖(yaw)感測(cè)的MEMS陀螺儀的簡(jiǎn)化頂視圖；以及

圖8示出了包括MEMS陀螺儀的電子器件的簡(jiǎn)化框圖。

具體實(shí)施方式

能夠感測(cè)繞多個(gè)軸的角速度或角速率的MEMS陀螺儀非常適合于實(shí)現(xiàn)器件的多樣性。MEMS陀螺儀通常是利用科里奧利加速度。也就是說，當(dāng)以角速率(要被感測(cè)的值)的旋轉(zhuǎn)被應(yīng)用于以已知驅(qū)動(dòng)速率被驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)感測(cè)塊的時(shí)候，感測(cè)塊“感覺”到被稱為“科里奧利力”的表觀力。足夠大小的科里奧利力在與驅(qū)動(dòng)速率的方向垂直的方向上并且在與旋轉(zhuǎn)所繞的軸垂直的方向上引起移動(dòng)感測(cè)塊的位移。該位移與旋轉(zhuǎn)的角速率成比例，其可被檢測(cè)為電容的變化。

MEMS陀螺儀包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以便沿著特定驅(qū)動(dòng)軸賦予感測(cè)塊驅(qū)動(dòng)速率。在一些配置中，與MEMS陀螺儀的驅(qū)動(dòng)塊相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)電極從電子驅(qū)動(dòng)電路接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)引起驅(qū)動(dòng)塊沿著特定驅(qū)動(dòng)軸振蕩，進(jìn)而又引起關(guān)聯(lián)的感測(cè)塊振蕩。當(dāng)有角速率刺激的時(shí)候，感測(cè)塊將在感測(cè)方向上移動(dòng)，同時(shí)繼續(xù)沿著驅(qū)動(dòng)軸振蕩。

具有多感測(cè)軸能力的MEMS陀螺儀的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)相對(duì)于微機(jī)械元件以及關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)尤其復(fù)雜。特別是，可能需要三個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和/或控制回路以驅(qū)動(dòng)三-軸(三軸)感測(cè)陀螺儀的驅(qū)動(dòng)塊。不幸的是，單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可能導(dǎo)致MEMS陀螺儀的相互彼此影響的各個(gè)元件的移動(dòng)，使得陀螺儀的測(cè)量不準(zhǔn)確。而且，多個(gè)控制回路(每個(gè)驅(qū)動(dòng)方向一個(gè))在集成、多感測(cè)軸配置中僅包括高占用面積。